对黄河下游河道认识的突破

      一、造成“小水大灾”的原因

      近年来，随着清水资源的优先开发，龙羊峡、刘家峡两座大型水库投入运用，及上中游地区工农业用水的增长，黄河下游的问题更加突出。龙、刘水库汛期的最大蓄水量可达100亿m[3]，使得汛期进入下游的水量大幅度减小，含沙量增加，洪峰流量减少，洪水的造床作用减弱，河槽严重淤积并萎缩，平滩流量减小，二级悬河进一步发展，几乎年年出现长时间断流，防洪和水资源利用问题更加突出[1]。

      1.河槽严重淤积，平滩流量减小

      黄河是多沙河流，小水挟带的泥沙在河床中的大量淤积，是造成洪水位逐年抬升的主要原因。表1给出的近年来花园口站典型洪水位的变化表明，1973年8月和1992年8月的高含沙洪水均出现了历史最高洪水位，而1997年7、8月的两场高含沙洪水的水位，与流量相近的1976年的低含沙洪水位相比略低，1996年8月5日洪峰流量仅7860m[3]/s，最大含沙量126kg/m[3]的低含沙洪水也出现历史最高洪水位。

      据分析，造成洪水位高低的主要原因是前期河床条件。当前期连续几年枯水、河槽连年淤积，或汛初小水大沙，均会造成前期河床集中淤积，使水位大幅度抬升，致使当年汛期出现历史最高洪水位。由表1给出的历年汛初3000m[3]/s的水位数据即可以证明。在出现历史最高洪水位的年份，汛初3000m[3]/s和100m[3]/s的水位均表现最高，如1973年、1992年、1996年。其中1969年至1973年为枯水系列，花园口站3000m[3]/s水位累计抬升0.93m，1986年到1996年也是枯水系列，3000m[3]/s水位抬升1.35m。由此可见，前期连续枯水引起河床连续淤高，是出现历史最高洪水位的主要影响因素。

      从表1给出的洪水位与平滩流量对应关系可以看出，洪水位最高与平滩流量最小均同时发生。如发生最高洪水位的1973年、1992年、1996年，相应汛前的平滩流量均很小。

      2.二级悬河普遍存在，造成槽高滩低，一旦洪水漫滩必成“大灾”

      

      造成二级悬河的主要原因是在游荡性河道不利的来水来沙条件没有得到根本的改变之前，即在游荡性河道上进行河势控导。经常走水的河槽逐年淤高，但又不能摆动。但漫滩洪水在滩地上形成（自然堤）滩唇，远离主槽滩地，很少落淤，主槽的抬升速度远远大于滩地抬升速度，最终造成槽高滩低。一旦洪水漫滩则形成大的淹没损失。如19963500m[3]/s，在8月份发生的洪峰流量7860m[3]/s、最大含沙量126kg/m[3]的洪水，在花园口站洪水位达94.73m，创历史最高，使高滩上水，顺堤行洪，造成走一路淹一路。这种极不合理的洪水演进过程，造成300多万亩滩地受淹，受灾人口达100多万，比1958年发生的流量22300m[3]/s的特大洪水所造成的淹没损失还大。由此可见，造成“小水大灾”的主要原因是二级悬河的普遍存在与河槽的过流能力小。

      面对黄河水沙条件的不利变化，在特殊情况下形成的三门峡水库“蓄清排浑”泥沙年调节的运用方式，受库区条件限制不能对黄河水沙进行大幅度调节，因此无法解决目前下游河道出现的问题。要想从根本上解决二级悬河的问题，则应与小浪底水库调水调沙运用相结合。小浪库水库是黄河进入平原前最后一座狭谷型水库，具有较强的调节能力，不管黄河上中游水沙如何变化，都要经过小浪底水库的调节进入下游河道。故应通过水库调沙改变进入下游的水沙条件，控制小水挟沙与河槽淤积，利用大洪水输沙，并塑造有利输沙的新河槽，使平滩流量增大、一般洪水不再漫滩，从而防止小水大灾。

      二、对黄河下游河道输沙能力的再认识

      1.高含沙水流研究

      早在50年代著名泥沙专家钱宁教授就开创了高含沙水流变特性的研究。随着黄河清水资源的优先开发，黄河高含沙水流的研究逐渐形成高潮，在70年代末80年代初，水利系统各单位进行了系统的试验研究，对高含沙水流的流变特性、运动特性和输沙特性的基本规律有了较全面的了解，为正确认识高含沙洪水在河道中的演变与输移规律奠定了基础[2][3]。

      黄河高含沙水流所以具有强大的输沙能力，是由于细颗粒的存在改变了流体的性质，使水流粘性大幅度增加；粗颗粒的沉速大幅度降低，使得很粗的泥沙颗粒在高含沙水流中输送也变得很容易。而河床对水流的阻力没有明显的改变，仍可用曼宁公式进行水力计算，在同样比降、水深的情况下，产生的流速不会减少。因此，利用黄河高含沙水流特性输送黄河泥沙，是十分经济理想的技术途径。

      2.多沙并非一定形成坏河

      以往对黄河下游严重淤积，常笼统地归结为水少沙多。国内外主要大河的资料统计表明，黄河的确是年输沙量最多，达16亿t；含沙量最高，年平均达37.7kg/m[3]，为举世仅有的多沙大河。因此，增加了治黄工作的困难。然而，多沙河流是否一定形成坏河呢？其实不然。

      就以黄河中游发源于“粗泥沙”的主要支流渭河、北洛河下游河道为例（详见表2），说明含沙量高的河流，并非一定形成强烈游荡堆积的河流。渭河、北洛河下游河道的流量与比降均比黄河干流小，含沙量比黄河高。以流量最小的北洛河为例，多年平均流量仅25.4m[3]/s，含沙量128kg/m[3]，与黄河下游相比，流量差53倍，含沙量差3.4倍；河道比降为1.7。略缓于黄河下游。但是前者却形成窄深稳定的弯曲性河流，而后者却形成宽浅游荡性堆积的河道。这是什么缘故？